Makalah Pengukuran Dan Ketidakpastian [PDF]

Citation preview

BAB 1 PENDAHULUAN



Pada bab pendahuluan ini akan membahas tentang latar belakang, tujuan, dan fungsi alat serta bahan yang digunakan dalam praktikum fisika dasar modul teori dasar pengukuran dan ketidakpastian. 1.1



Latar Belakang Dalam ilmu fisika, pengukuran merupakan hal yang bersifat dasar dan



merupakan salah satu syarat yang tidak boleh ditinggalkan. Aktivitas mengukur menjadi sesuatu yang sangat penting untuk selalu dilakukan dalam mempelajari berbagai fenomena yang sedang dipelajari. Dalam praktikum fisika dasar modul teori pengukuran dan ketidakpastian ini, diharapkan mahasiswa mampu mengenal sekaligus dapat menggunakan alat ukur dalam ilmu fisika. Tidak hanya itu, diharapkan juga mahasiswa dapat melakukan pengukuran tunggal maupun berulang yang bertujuan untuk mencari data. Kesalahan merupakan unsur yang tidak dapat dihindari dalam proses pengukuran. Kesalahan dalam pengukuran biasanya didefinisikan sebagai perbedaan antara nilai sebenarnya dengan nilai terukur. Efek kesalahan adalah menciptakan ketidakpastian dalam nilai sebuah pengukuran. Mencari nilai ketidakpastian dalam proses pengukuran sangatlah penting untuk dilakukan agar hasil pengukuran menjadi akurat. Ketika digunakan dalam konteks pengukuran, ketidakpastian mempunyai sebuah angka dan satuan yang berhubungan dengannya. Lebih spesifik lagi, ketidakpastian pengukuran mempunyai satuan yang sama dengan hasil pengukuran. Analisis ketidakpastian merupakan alat yang sangat berguna untuk menetapkan tingkat reliabilitas sebuah pengukuran dan untuk validasi modelmodel teoritis dan simulasi. Proses menentukan ketidakpastian pengukuran menjadi kemampuan dasar yang harus dimiliki untuk melakukan sebuah percobaan ilmiah.



1



1.2



Tujuan Praktikum Berikut adalah tujuan dari praktikum fisika dasar modul teori



dasarpengukuran dan ketidakpastian: 1.



Mampu mengetahui kegunaan alat ukur dasar.



2.



Mampu melakukan pengukuran benda menggunakan alat ukur dasar.



3.



Mampu menentukan ketidakpastian pada pengukuran, baik pengukuran tunggal maupun pengukuran berulang.



4.



Mampu menerapkan kegunaan alat ukur dalam kehidupan sehari-hari.



1.3



FungsiAlat dan Bahan Berikut adalah alat dan bahan beserta fungsinya yang digunakan dalam



praktikum fisika dasar modul pengukuran dan ketidakpastian. Alat yang dibutuhkan: 1.



Jangka sorong, berfungsi untuk mengukur panjang, lebar dan tinggi suatu benda.



2.



Mikrometer sekrup, berfungsi untuk mengukur panjang, lebar dan tinggi suatu benda.



3.



Neraca teknis, berfungsi untuk menimbang massa dari suatu benda.



4.



Stopwatch digital, berfungsi untuk menentukan durasi waktu.



5.



Stopwatch analog, berfungsi untuk menentukan durasi waktu.



6.



Balok kayu, berfungsi sebagai objek yang diukur panjang, lebar dan tingginya.



Bahan yang dibutuhkan: 1.



Balok besi, berfungsi sebagai objek yang diukur panjang, lebar dan tingginya.



2



BAB 2 KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI



Pada kajian pustaka dan dasar teori membahas tentang pengukuran dan ketidakpastian dalam praktikum fisika dasar modul teori dasar pengukuran dan ketidakpastian. 2.1



Pengukuran Menurut Tirtasari (2017) pengukuran adalah kegiatan yang bertujuan



untuk mendapatkan nilai suatu bersaran. Kegiatan pengukuran mempunyai dampak yang luas terhadap ilmu pengetahuan, kehidupan pribadi manusia dan masyarakat untuk memperoleh data. Menurut Abdullah (2016) pengukuran adalah pekerjaan yang sangat penting untuk mengetahui data secara pasti. Dalam fisika, pengukuran memegang peranan yang teramat penting. 2.2



Ketidakpastian Menurut Nurachmandani (2009) saat melakukan pengukuran mengunakan



alat, tidaklah mungkin anda mendapatkan nilai yang pasti benar (x0 ), melainkan selalu terdapat ketidakpastian. Apakah penyebab ketidakpastian pada hasil pengukuran? secara umum penyebab ketidakpastian hasil pengukuran ada tiga, yaitu kesalahan umum, kesalahan sistematik, dan kesalahan acak. Menurut Pranjono, dkk (2015) pengukuran nilai suatu besaran mungkin akan didapatkan hasil yang berbeda. Dengan kata lain semua pengukuran memiliki beberapa derajat ketidakpastian. Oleh karena itu perlu dilakukan perhitungan ketidakpastian pengukuran. 2.3



Alat Ukur Menurut Setiyono (2018) untuk mengukur diperlukan alat ukur. Alat ukur



yang digunakan pada besaran ukur yang nilainya ingin diukur. Data-data yang didapatkan dari hasil penimbangan hanya penimbangan hanya merupakan estimasi. Estimasi hasil penimbangan masih mengandung keragu-raguan. Keraguan yang diperoleh dari hasil pengukuran dapat diartikan sebagai hasil ketidakpastian.



3



BAB 3 PENGUMPULAN DATA



Pada bab pengumpulan data ini akan membahas tentang langkah kerja percobaan dan data pengamatan dari praktikum fisika modul teori dasar pengukuran dan ketidakpastian. 3.1



Data Pengamatan Berikut adalah data hasil praktikum fisika dasar modul pengukuran dan



ketidakpastian yaitu sebagai berikut: Tabel 3.1 Data Pengukuran Ketidakpastian. No.



Alat



1



Jangka sorong



2



Mikrometer sekup Neraca teknis



Massa



3 4



Stopwatch digital



Waktu



Ms



22



44



19



50



5



Stopwatch analog



Waktu



Ms



3



2



3



4



3.2



Pengukuran Satuan Panjang



Mm



Lebar Tinggi Panjang Lebar Tinggi



Mm



Pengukuran ke NST KTP 1 2 3 4 5 54,4 54,02 54,02 54,03 54,03 0,2179 17 17,01 17,01 17,01 17,01 0,02 0,0025 34,02 30,02 25,1 25,25 25,13 24,7 22,12 21,15



30,01 25,23 24,12 22,15



30,01 30,01 0,0045 25,35 25,28 0,01 0,09 25,45 24,40 0,53 22,35 21,2 0,59



Gram 212,5 213,2 212,6 211,6 211,6



1



0,69



51



0,2



15,51



2



1



30,33



Langkah Kerja Berikut adalah langkah kerja praktikum fisika dasar modul teori dasar



pengukuran dan ketidakpastian. 1.



Menyiapkan alat-alat dan bahan yang digunakan untuk praktikum seperti jangka sorong, mikrometer sekup, neraca teknis, stopwatch analog, stopwatch digital, balok besi dan balok kayu.



2.



Kemudian melakukan pengukuran panjang, lebar dan tinggi sebanyak lima kali dengan jangka sorong dan mikrometer sekup secara bergantian dengan jangka sorong dan mikrometer sekup secara bergantian menggunakan balok besi. 4



3.



Kemudian melakukan ukur massa balok besi dengan menggunakan neraca teknis sebanyak lima kali dengan bergantian posisi.



4.



Menghitung jatuhnya balok kayu menggunakan stopwatch analog dan stopwatch digital sebanyak lima kali.



5.



Mencatat hasil dari pengukuran tersebut dan melakukan perhitungan dengan menggunakan rumus yang ditentukan.



5



BAB 4 PENGOLAHAN DATA



Pada bab pengolahan data akan membahas tentang data kuantitatif dan kualitatif pengumpulan data pada saat praktikum fisika dasar modul teori dasar pengukuran dan ketidakpastian. 4.1



Data Kuantitatif Berikut ini adalah beberapa data kuantitatif dan hasil praktikum fisika



dasar modul teori dasar pengukuran dan ketidakpastian. 1.



Pengukuran panjang balok kayu dengan menggunakan jangka sorong.



Percobaan ini dilakukan sebanyak lima kali. Berikut data pengamatan tabel 4.1. tabel 4.1 Pengukuran Panjang Dengan Jangka Sorong. (xi-x̅) No Xi x̅ 1



54,4



54,1



0,3



0.09



2



54,02



54,1



0,1



0,01



3



54,02



54,1



0,1



0,01



4



54,03



54,1



0,2



0,04



5



54,03



54,1



0,2



0,04



∑xi n



270,5



=



5



= 54,1



∑(xi−x̅)2



Sn-1 =√



∑(xi-x̅)2= 0,19



∑xi=270,5



n= 5 x̅=



(xi-x̅)2



n−1



0,19



=√



4



= √0,0475 = 0,2179



Maka perhitungan menghasilkan panjang = (54,1 ± 0,2179) mm.



6



2.



Berikut adalah pengukuran lebar balok kayu dengan menggunakan jangka



sorong percobaan ini dilakukan sebanyak lima kali. Berikut ini data penggunaanya pada tabel 4.2. Tabel 4.2 Pengukuran Lebar Dengan Jangka Sorong. (xi-x̅) No Xi x̅ 1



17



17,008



-0,008



0,0000064



2



17,01



17,008



0,002



0,000004



3



17,01



17,008



0,002



0,000004



4



17,01



17,008



0,002



0,000004



5



17,01



17,008



0,002



0,000004



∑xi=85,04



n= 5 x̅ =



(xi-x̅)2



∑xi n



85,04



=



5



= 17,008



∑(xi−x̅)2



Sn-1 = √



∑(xi-x̅)2=0,0000264



n−1



0,0000264



=√



4



= √0,0000066 = 0,00256



Maka perhitungan menghasilkan lebar = (17,008± 0,00256) mm. 3.



Berikut adalah pengukuran tinggi balok kayu dengan menggunakan jangka



sorong percobaan ini dilakukan sebanyak lima kali. Berikut ini data penggunaanya pada tabel 4.3. Tabel 4.3 Pengukuran Tinggi Dengan Jangka Sorong. (xi-x̅) No Xi x̅ 1



30,02



30,014



0,006



0,000036



2



30,02



30,014



0,006



0,000036



3



30,01



30,014



-0,004



0,000016



4



30,01



30,014



-0,004



0,000016



5



30,01



30,014



-0,004



0,000016



∑xi=150,07



n=5 x̅=



∑xi n



(xi-x̅)2



=



150,07 5



= 30,014



∑(xi−x̅)2



Sn-1 = √



n−1



∑(xi-x̅)2=0,00012



0,00012



=√



4



= √0,00003 = 0,0054.



Maka perhitungan menghasilkan tinggi = (30,014 ± 0,00547) mm.



7



4.



Berikut adalah pengukuran panjang balok kayu dengan menggunakan



mikrometer sekrup. Percobaan ini dilakukan sebanyak lima kali. Berikut ini data pengamatannya pada tabel 4.4. Tabel 4.4 Pengukuran Panjang Dengan Mikrometer Sekrup. (xi − x̅) No. Xi x̅ 1



25,10



25,238



-0,138



0,019



2



25,25



25,238



0,012



0,000144



3



25,23



25,238



-0,008



0,000064



4



25,35



25,238



0,112



0,0148



5



25,26



25,238



0,022



0,000484



∑xi n



=



126,19 5



∑(xi−x̅)2



Sn-1 =√



∑(xi − x̅)2 = 0,0350



∑xi = 126,19



n=5 x̅ =



(xi − x̅)2



n−1



= 25,238 0.0350



= √



4



= √0,00875 = 0,0935



Maka perhitungan menghasilkan panjang =(25,238 ± 0,0935) mm. 5.



Berikut adalah pengukuran lebar balok kayu dengan menggunakan



mikrometer sekrup. Percobaan ini dilakukan sebanyak lima kali. Berikut ini data pengamatannya pada tabel 4.5. Tabel 4.5 Pengukuran Lebar Dengan Mikrometer Sekrup. (xi − x̅) No Xi x̅ 1



25,13



24,76



0,37



0,1369



2



24,7



24,76



-0,06



0,0036



3



24,12



24,76



-0,64



0,4096



4



25,45



24,76



0,69



0,4761



5



24,40



24,76



-0,36



0,1296



∑xi n



∑(xi − x̅)2 = 1,1558



∑xi = 123,8



n =5 x̅ =



(xi − x̅)2



=



123,8 5



= 24,76



∑(xi−x̅)2



Sn-1 = √



n−1



1,1558



= √



4



= √0,28895 = 0,5375



Maka perhitungan menghasilkan lebar = (24,76 ± 0,5375 ) mm.



8



6.



Berikut adalah pengukuran tinggi balok kayu dengan menggunakan



mikrometer sekrup. Percobaan ini dilakukan sebanyak lima kali. Berikut ini data pengamatannya pada tabel 4.6. Tabel 4.6 Pengukuran Tinggi Dengan Mikrometer Sekrup. (xi − x̅) No. Xi x̅ 1



22,10



21,77



0,33



0,1089



2



21,15



21,77



-0,62



0,3844



3



22,15



21,77



0,38



0,1444



4



22,35



21,77



0,58



0,3364



5



21,10



21,77



-0,67



0,4489



∑xi



=



n



108,85 5



∑(xi−x̅)2



Sn-1 = √



∑(xi − x̅)2 = 1,423



∑xi = 108,85



n =5 x̅ =



(xi − x̅)2



n−1



= 21,77 1,423



= √



4



= √0,35575 = 0,5964



Maka perhitungan menghasilkan tinggi = (21,77 ± 0,5964) mm. 7.



Berikut adalah pengukuran massa balok besi menggunakan neraca teknis.



Percobaan ini dilakukan sebanyak lima kali. Berikut data pengamatan tabel 4.7. Tabel 4.7 Pengukuran Massa Dengan Neraca Teknis. (xi-x̅) No. Xi x̅ 1



212,5



212,3



0,2



0,04



2



213,2



212,3



0,9



0,81



3



216,6



212,3



0,3



0,09



4



211,6



212,3



0,7



0,49



5



211,6



212,3



0,7



0,49



∑xi n



∑(xi − x̅)2 = 1,92



∑xi= 1.061,5



n=5 x̅ =



(xi − x̅)2



1.061,5



=



5



= 212,3



∑(xi−x̅)2



Sn-1 = √



n−1



1,92



=√



4



= √0,48 = 0,69



Maka perhitungan menghasilkan massa = (212,3 ± 0,69) gram.



9



8.



Berikut adalah percobaan stopwatch digital ini dilakukan sebanyak lima



kali. Berikut ini data pengamatannya pada tabel 4.8. Tabel 4.8 Pengukuran Waktu Dengan Stopwatch Digital. (xi − x̅) No. Xi x̅ 1



22



37,2



-15,2



231,04



2



44



37,2



6,8



46,24



3



19



37,2



-18,2



331,24



4



50



37,2



12,8



163,84



5



51



37,2



13,8



190,44



∑xi



186



=



n



5



= 37,2



∑(xi−x̅)2



Sn-1 =√



∑(xi − x̅)2 =963,18



∑xi = 186



n =5 x̅ =



(xi − x̅)2



n−1



963,18



= √



4



= √240,79 = 15,51



Maka perhitungan menghasilkan waktu = (37,2 ± 15,51) ms. 9.



Berikut adalah pengukuran waktu jatuh balok kayu menggunakan



stopwatch analog. Percobaan ini dilakukan sebanyak lima kali. Berikut data pengamatan pada tabel 4.9. Tabel 4.9 Pengukuran Waktu Dengan Stopwatch Analog. (xi-x̅) No. Xi x̅ 1



60



88



-28



784



2



60



88



-28



784



3



120



88



32



1.024



4



80



88



-8



64



5



120



88



32



1.024



∑xi = 440



n=5 x̅=



∑xi n



(xi-x̅)2



=



440 5



= 88



∑(xi−x̅)2



Sn-1 = √



∑(xi-x̅)2 = 3,680



n−1



3,680



=√



4



= √920 = 30,33



Maka perhitungan menghasilkan waktu = (88 ± 30,33) ms.



10



4.2



Data Kualitatif Di bawah ini adalah data kualitatif yang didapat dari praktikum fisika



dasar modul teori dasar pengukuran dan ketidakpastian. 1.



Berikut adalah hasil pengukuran panjang balok kayu menggunakan jangka



sorong yang dilakukan sebanyak lima kali percobaan. Berikut ini data pengukurannya:



satuan panjang (mm)



Hasil Pengukuran Panjang Jangka Sorong 54.05 54.04 54.03 54.02 54.01 1



2



3



4



5



percobaan ke 1 Hasil pengamatan



Rata - rata



Gambar 4.1 Grafik Hasil Pengukuran Panjang Menggunakan Jangka Sorong. 2.



Berikut adalah hasil pengukuran lebar balok kayu menggunakan jangka



sorong yang dilakukan sebanyak lima kali percobaan. Berikut ini data pengukurannya:



satuan panjang (mm)



Hasil Pengukuran Lebar Jangka Sorong 17.015 17.01 17.005 17 16.995 1



2



3



4



5



percobaan ke 2 Hasil pengamatan



Rata - rata



Gambar 4.2 Grafik Hasil Pengukuran Lebar Menggunakan Jangka Sorong.



11



3.



Berikut adalah hasil pengukuran tinggi balok kayu menggunakan jangka



sorong yang dilakukan sebanyak lima kali percobaan. Berikut ini data pengukurannya:



satuan panjang (mm)



Hasil Pengukuran Tinggi Menggunakan Jangka Sorong 30.025 30.02 30.015 30.01 30.005 1



2



3



4



5



percobaan ke 3 Hasil Pengamatan



Rata - rata



Gambar 4.3 Grafik Hasil Pengukuran Tinggi Menggunakan Jangka Sorong. 4.



Berikut adalah hasil pengukuran panjang balok kayu menggunakan



mikrometer sekrup yang dilakukan sebanyak lima kali percobaan. Berikut ini data pengukurannya:



satuan panjang (mm)



Hasil Pengukuran Panjang Menggunakan Mikrometer Sekrup 25.4 25.3 25.2 25.1 25 24.9 1



2



3



4



5



percobaan ke 4 Hasil Pengamatan



Rata - rata



Gambar 4.4 Grafik Hasil Pengukuran Panjang Menggunakan Mikrometer Sekrup.



12



5.



Berikut adalah hasil pengukuran lebar balok kayu menggunakan



mikrometer sekrup yang dilakukan sebanyak lima kali percobaan. Berikut ini data



satuan panjang (mm)



pengukurannya:



Hasil Pengukuran Lebar Menggunakan Mikrometer Sekrup 26 25 24 23 1



2



3



4



5



percobaan ke 5 Hasil Pengamatan



Rata - rata



Gambar 4.5 Grafik Hasil Pengukuran Lebar Menggunakan Mikrometer Sekrup. 6.



Berikut adalah hasil pengukuran tinggi balok kayu menggunakan



mikrometer sekrup yang dilakukan sebanyak lima kali percobaan. Berikut ini data



satuan panjang (mm)



pengukurannya:



Hasil Pengukuran Tinggi Menggunakan Mikrometer Sekrup 23 22 21 20



1



2



3



4



5



percobaan ke 6 Hasil Pengamatan



Rata - rata



Gambar 4.6 Grafik Hasil Pengukuran tinggi Menggunakan Mikrometer Sekrup.



13



7.



Berikut adalah hasil pengukuran balok kayu menggunakan neraca teknis



satuan massa (kg)



yang dilakukan sebanyak lima kali percobaan. Berikut ini data pengukurannya:



Hasil Pengukuran Massa Menggunakan Neraca teknis 220 215 210 205 1



2



3



4



5



percobaan ke 7 Hasil Pengamatan



Rata - rata



Gambar 4.7 Grafik Hasil Pengukuran Massa Balok Kayu Menggunakan Neraca Teknis. 8.



Berikut adalah hasil pengukuran waktu pada balok kayu saat dijatuhkan



dari atas meja dengan menggunakan stopwatch digital. Pengukuran dilakukan



satuan waktu (m/s)



sebanyak lima kali. Berikut ini data pengukurannya:



Hasil Pengukuran Waktu Menggunakan Stopwatch digital 60 40 20 0



1



2



3



4



5



percobaan ke 8 Hasil Pengamatan



Rata - rata



Gambar 4.8 Grafik Hasil Pengukuran Waktu Menggunakan Stopwatch Digital.



14



9.



Berikut adalah hasil pengukuran waktu pada balok kayu saat dijatuhkan



dari atas meja dengan menggunakan Stopwatch analog. Pengukuran dilakukan



satuan waktu (m/s)



sebanyak lima kali. Berikut ini data pengukurannya:



Hasil Pengukuran Waktu Menggunakan Stopwatch analog 150 100 50 0 1



2



3



4



5



percobaan ke 9 Hasil Pengamatan



Rata - rata



Gambar 4.9 Grafik Hasil Pengukuran Waktu Menggunakan Stopwatch Analog.



15



BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN



Pada bab ini akan membahas kesimpulan dan saran dalam laporan praktikum fisika dasar modul hukum newton. 5.1



Kesimpulan Berikut adalah percobaan yang telah dilakukan dpat disimpulkan bahwa:



1.



Kegunanaan alat ukur adalah mengukur benda yang akan di cari nilai ukurannya dan untuk mengetahui hasil yang pasti.



2.



Dari praktikum fisika dasar modul teori dasar pengukuran dan ketidakpastian mampu melakukan pengukuran benda menggunakan alat ukur dasar.



3.



Dari praktikum fisika dasar modul teori dasar pengukuran dan ketidakpastian mampu menentukan ketidakpastian pada pengukuran baik pengukuran tunggal maupun pengukuran berulang.



a.



Pengukuran panjang menggunakan Jangka Sorong (54,1 ±0,2179 ) mm.



b.



Pengukuran lebar menggunakan Jangka Sorong (17,008± 0,00256) mm.



c.



Pengukuran tinggi menggunakan Jangka Sorong (30,014 ± 0,00547) mm.



d.



Pengukuran panjang menggunakan Mikrometer (25,238 ± 0,0935) mm.



e.



Pengukuran lebar menggunakan Mikrometer(24,76 ± 0,5375) mm.



f.



Pengukuran tinggi menggunakan Mikrometer (21,77 ± 0,5964) mm.



g.



Pengukuran massa menggunakan Neraca Teknis (212,3 ± 0,69) gram.



h.



Pengukuran waktu menggunakan Stopwatch Analog (37,2 ± 15,51) ms.



i.



Pengukuran waktu menggunakan Stopwatch Digital (88 ± 30,33) ms.



4.



Dari praktikum fisika dasar modul teori dasar pengukuran dan ketidakpastian mampu menerapkan kegunaan dari suatu alat ukur dalam kehidupan sehari-hari



16



5.2



Saran Dalam praktikum fisika dasari ini memang masih ada kekurangannya



diantaranya yaitu kurang komunikasinya antara aslab satu dan aslab lainnya seperti cara menjelaskan tentang nilai hasil pengukurannya kadang ada yang berbeda tidak sama menilainya jadi kami merasa bingung. Sebaiknya pada praktikum-praktikum selanjutnya hendaknya melakukan komunikasisebelum memberikan pengarahan. Sebagai aslab tungkatkan lagi kinerja pengarahan kalian agar kedepannya lebih baik.



17



DAFTAR PUSTAKA



Abdullah, Mikrajuddin.2016. Fisika Dasar 1. Bandung: Institut Teknologi Bandung. Nurachmandani, Setya. 2009. Fisika 1. Jakarta: Pusat Pembukuan. Pranjono, dkk. 2015. Ketidakpastian Pengukuran Kekerasan Permukaan Kelongsong Bahan Bakar Nuklir Dengan Roughness Tester Surtronic-25. Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir. Vol. 8, No. 15, Hal. 17-23. Setiyono, Joko.2018. Uji Kalibrasi (Ketidakpastian Pengukuran) Timbangan Digital Mengacup Ada Standar. Jurnal Teknik Mesin. Vol. 1, No. 1, Hal. 12-16. Tirtasari, Ni Luh. 2017. Uji kalibrasi (Ketidakpastian Pengukuran) Neraca Analitik Di Laboratorium Biologi FMIPA UNNES. Jurnal Ilmu Kimia Indonesia. Vol. 6, No. 2, Hal. 25-28



18